各种类型存储器的最佳应用探讨
对于所有基于微控制器的嵌入式系统而言，存储器都是其中的主要元件。例如，开发人员需要足够的ram以存储所有易失性变量、创建缓冲区以及管理各种应用堆栈。ram对于嵌入式系统相当重要，同样，开发人员也需要一定空间用于存储应用代码、非易失性数据和配置信息。
然而，问题在于非易失性存储器技术不断扩展，选择众多，使选择适合应用的存储器颇具挑战性。
本文对各种存储器技术进行了介绍，并以on semiconductor、adesto technologies、renesas、issi、cypress semiconductor、advantech、gigadevice semiconductor和silicon motion等供应商推出的产品为例，帮助开发人员了解各种存储器类型的特性。此外，本文还探讨了各种类型存储器的最佳应用，以便开发人员有效使用。
嵌入式系统中的eeprom和fram
eeprom往往是开发人员最先、最常考虑用于嵌入式系统的存储器件。在嵌入式应用中，这类非易失性存储器通常用于存储系统配置参数。例如，连接至can总线网络的设备可能会将can id存储于eeprom。
eeprom的以下特性使其成为嵌入式系统开发人员的理想之选：
小封装尺寸
相对实惠的价格
100kbps至1000kbps的典型比特率范围
标准化电气接口
通常支持i2c和spi接口
目前，在digi-key网站上快速搜索eeprom可以发现，共有9家eeprom供应商提供的5，800多款eeprom。例如，on semiconductor的cat24c32wi-gt3是一款32kb（4kb） eeprom器件，采用8引脚soic封装，连接i2c总线时速度可达1mhz（图1）。
值得注意的是，某些微控制器中也包含eeprom。例如，renesas的r7fs128783a01cfm＃aa1 32位微控制器，具有4kb板载eeprom可供开发人员使用。
因此，配置需求不能超过4kb，否则，开发人员就需要使用外部存储器件，或使用微控制器的闪存来模拟eeprom以扩展容量。
尽管eeprom深受青睐，却也存在一些潜在缺陷：
擦/写操作寿命通常为1，000，000次
写周期约为500ns
写入单个数据单元需要多条指令
数据保存期为10年以上（近期的产品可达100年以上）
易受辐射和高工作温度影响
eeprom适合的应用众多，但对于汽车、医疗或航天系统等可靠性要求较高的应用，开发人员则希望使用fram等更可靠的存储器解决方案。
fram是“铁电随机存取存储器”的缩写，相较于eeprom存储器，颇具优势：
速度更快（写周期小于50ns）
写操作寿命更长（高达1万亿次，eeprom仅为100万次）
功率较低（工作电压只需1.5v）
辐射耐受性更强
fram的存储容量与eeprom相当。例如，cypress semiconductor的fram系列容量范围从4kb至4mb。其中，fm25l16b-gtr容量为16kb（图2）。该器件采用8引脚soic封装，工作频率可达20mhz。
针对高端产品，cypress semiconductor推出cy15b104q-lhxit，容量为4mb，支持的接口速度高达40mhz（图3）。这款fram存储器具有以下特性：
151年数据保存期
100万亿次读/写
直接替代串行闪存和eeprom
正如您所猜想，fram的价格比eeprom昂贵，因此选择适合应用的存储器时，务必仔细权衡器件的各种工作环境因素。
嵌入式系统中的闪存、emmc和sd卡
嵌入式系统中的闪存具有多种不同用途。首先，外部闪存可用于扩展内部闪存，从而增加应用代码的可用存储器空间。常用解决方法是：使用gigadevice semiconductor的gd25q80ctigr等spi闪存模块（图4）。如果微控制器支持spi接口，则可通过该接口使用gd25q80ctigr将内部存储器扩展8mb。
其次，外部闪存可用于存储配置信息或应用数据，而非使用eeprom或fram。为了降低bom成本或扩展内部存储器以存储应用数据，可以改用外部闪存芯片。微控制器外设和存储器映射可以配置为加入该外部闪存，以便开发人员能够更轻松地进行访问，而无需专门对所需的驱动程序进行自定义调用，来连接eeprom或fram。
adesto technologies的at25sf161是一款适用于该用途的外部闪存器件范例（图5）。该器件使用队列式spi （qspi） 接口。qspi是对常规spi协议的扩展，提高了系统数据吞吐量。对于单一事务需要存储或检索大量数据的应用，开发人员可留意这类器件。
qspi免除了cpu对qspi外设的干预，并将接口由标准的4引脚（mosi、miso、clk和cs）变更为6引脚（clk、cs、io0、io1、io2、io3）。因此，其中4个引脚可用于输入和输出，而传统spi只用2个引脚。
最后，闪存可用于存储应用数据和有效载荷信息。例如，gps系统往往不会试图将所有gps地图存储于本地处理器，而是使用sd卡或emmc器件等外部存储器件。这些存储介质可通过spi或专用sdio接口连接微控制器，从而有效连接外部存储器件。
例如，issi推出的is21es04g-jcli emmc可直接连接微控制器的sdio接口，为其扩展32gb的闪存（图6）。
就电气接口而言，sd卡与emmc器件别无二致。换言之，二者虽采用不同的封装，但都具有通用引脚可用于连接微控制器。不过，这两种存储器类型却截然不同。相较于sd卡，emmc通常具有以下差异：
更坚固耐用，不易出现物理损坏
交互更快
价格更昂贵
须焊接至电路板，不可拆卸
如果用户无需拆卸存储器，那么使用emmc可以提供更可靠的解决方案，但仍取决于最终应用。无论哪种情况下，开发人员都需要仔细选择存储器，因为每款存储器的特性各不相同。
例如，车载子系统可能要求存储器经过可靠性验证，标准往往高于标准闪存器件。在这种情况下，开发人员需要选择通过汽车级鉴定的存储器，例如silicon motion的sm668ge4-ac 4gb emmc模块。
选购sd卡时，开发人员必须慎重考虑，因为与emmc一样，每款sd卡的特性各不相同。开发人员需仔细检查存储卡的速度等级和工作温度。例如，多数sd卡的额定温度范围为0至70 ℃，适用于消费类电子产品。
此外，每款存储卡都具有相关速度等级，用于描述预期最大接口速度。例如，在需要存储图像的应用中，使用class 2存储卡则速度较慢，远不如专为高清视频设计的class 10存储卡，例如advantech推出的sqf-msdm1-4g-21c sqflash 4gb microsd卡。
存储器选择技巧与诀窍
为嵌入式产品选择合适的存储器类型和接口颇具挑战性。选择适合应用的存储器时，开发人员可以参考以下“技巧与诀窍”：
明确存储器工作条件，例如：
预期擦/写次数
温度、振动和辐射等环境条件和因素
数据加载要求
记录应用中存储器正常工作的最小比特率、所需比特率和最大比特率
选择最接近记录中所需比特率的存储器接口类型
对于汽车或航天系统等恶劣环境条件，须选择通过汽车级鉴定或辐射耐受性较强的存储器
使用分线板将所选存储器件连接至微控制器开发套件以测试其性能
上述技巧有助于确保开发人员找到适合嵌入式应用的存储器。
总结
如今，可供开发人员选择的非易失性存储器件种类繁多，可用于存储各种数据，从应用代码到配置信息，不一而足。如上所述，开发人员需仔细评估应用需求，慎重选择存储器类型和接口，以期取得这些需求与成本之间的平衡。
原文标题：eeprom、fram、emmc、sd卡……嵌入式开发中，存储器应该如何选？
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然而，问题在于非易失性存储器技术不断扩展，选择众多，使选择适合应用的存储器颇具挑战性。
本文对各种存储器技术进行了介绍，并以on semiconductor、adesto technologies、renesas、issi、cypress semiconductor、advantech、gigadevice semiconductor和silicon motion等供应商推出的产品为例，帮助开发人员了解各种存储器类型的特性。此外，本文还探讨了各种类型存储器的最佳应用，以便开发人员有效使用。
嵌入式系统中的eeprom和fram
eeprom往往是开发人员最先、最常考虑用于嵌入式系统的存储器件。在嵌入式应用中，这类非易失性存储器通常用于存储系统配置参数。例如，连接至can总线网络的设备可能会将can id存储于eeprom。
eeprom的以下特性使其成为嵌入式系统开发人员的理想之选：
小封装尺寸
相对实惠的价格
100kbps至1000kbps的典型比特率范围
标准化电气接口
通常支持i2c和spi接口
目前，在digi-key网站上快速搜索eeprom可以发现，共有9家eeprom供应商提供的5，800多款eeprom。例如，on semiconductor的cat24c32wi-gt3是一款32kb（4kb） eeprom器件，采用8引脚soic封装，连接i2c总线时速度可达1mhz（图1）。
值得注意的是，某些微控制器中也包含eeprom。例如，renesas的r7fs128783a01cfm＃aa1 32位微控制器，具有4kb板载eeprom可供开发人员使用。
因此，配置需求不能超过4kb，否则，开发人员就需要使用外部存储器件，或使用微控制器的闪存来模拟eeprom以扩展容量。
尽管eeprom深受青睐，却也存在一些潜在缺陷：
擦/写操作寿命通常为1，000，000次
写周期约为500ns
写入单个数据单元需要多条指令
数据保存期为10年以上（近期的产品可达100年以上）
易受辐射和高工作温度影响
eeprom适合的应用众多，但对于汽车、医疗或航天系统等可靠性要求较高的应用，开发人员则希望使用fram等更可靠的存储器解决方案。
fram是“铁电随机存取存储器”的缩写，相较于eeprom存储器，颇具优势：
速度更快（写周期小于50ns）
写操作寿命更长（高达1万亿次，eeprom仅为100万次）
功率较低（工作电压只需1.5v）
辐射耐受性更强
fram的存储容量与eeprom相当。例如，cypress semiconductor的fram系列容量范围从4kb至4mb。其中，fm25l16b-gtr容量为16kb（图2）。该器件采用8引脚soic封装，工作频率可达20mhz。
针对高端产品，cypress semiconductor推出cy15b104q-lhxit，容量为4mb，支持的接口速度高达40mhz（图3）。这款fram存储器具有以下特性：
151年数据保存期
100万亿次读/写
直接替代串行闪存和eeprom
正如您所猜想，fram的价格比eeprom昂贵，因此选择适合应用的存储器时，务必仔细权衡器件的各种工作环境因素。
嵌入式系统中的闪存、emmc和sd卡
嵌入式系统中的闪存具有多种不同用途。首先，外部闪存可用于扩展内部闪存，从而增加应用代码的可用存储器空间。常用解决方法是：使用gigadevice semiconductor的gd25q80ctigr等spi闪存模块（图4）。如果微控制器支持spi接口，则可通过该接口使用gd25q80ctigr将内部存储器扩展8mb。
其次，外部闪存可用于存储配置信息或应用数据，而非使用eeprom或fram。为了降低bom成本或扩展内部存储器以存储应用数据，可以改用外部闪存芯片。微控制器外设和存储器映射可以配置为加入该外部闪存，以便开发人员能够更轻松地进行访问，而无需专门对所需的驱动程序进行自定义调用，来连接eeprom或fram。
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